Regulacao genica de procariotos

Sistemas de controle da
transcrição gênica
Procariotos
Controle Positivo e Negativo:
• Há dois tipos de controle transcricional:
• Controle negativo: no qual uma proteína
reguladora atua como um repressor se ligando
ao DNA e inibindo a transcrição e,
• Controle Positivo: no qual uma proteína
reguladora atua como ativador, estimulando a
transcrição.
• Isto leva a algumas variedades destes dois
mecanismos básicos de controle:
Operons com indução negativa
• Num operon com controle negativo no
sítio operador:
– A proteína reguladora é um repressor
– A ligação da proteína reguladora no operador
inibe a transcrição
• Num operon com indução negativa o que
acontece?
• A transcrição e a tradução do gene
regulador produz um repressor que se
liga ao operador.
• A ligação desta proteína no operador
fisicamente bloqueia a ligação da RNA
polimerase no promotor e impede a
transcrição.
• Este tipo de sistema é chamado
induzível, porque a transcrição está
normalmente desligada (inibida) e deve
ser ligada (induzida).
Quando a transcrição é
ligada?
• Quando uma pequena molécula chamada
indutor se ligar no repressor, alterando a
forma do repressor e impedindo que ele se
ligue ao DNA.
• Proteínas reguladoras têm dois sítios: um
que se liga ao DNA e outro que se liga em
outras moléculas. Proteínas que mudam sua
forma quando se ligam com outra molécula
são chamadas: proteínas alostéricas.
• Um
operon
com
controle
induzível
negativamente regula a síntese de enzimas
economicamente:
as
enzimas
são
sintetizadas somente quando seu substrato
(indutor) está disponível.
Operons com repressão
negativa
• Alguns operons com controle negativo sofrem
repressão, significando que:
– A transcrição normalmente ocorre e deve ser
desligada ou reprimida.
– A proteína reguladora neste tipo de operon também é
um repressor, mas é sintetizada numa forma inativa e
não consegue se ligar no operador.
• Como não há repressor ligado no operador, a
RNA polimerase se liga no promotor e a
transcrição dos genes estruturais ocorre.
Então, como a transcrição é
desligada?
• Uma pequena molécula chamada de corepressor se liga ao repressor tornando-o capaz
de se ligar ao operador.
• Operons que sofrem repressão também são
econômicos: as enzimas são sintetizadas
somente quando necessárias.
• Notem que ambos os sistemas (com indução e
com repressão) são formas de controle negativo
– a proteína reguladora é um repressor.
Operons com indução positiva
• A transcrição normalmente está desligada
porque a proteína reguladora é produzida
numa forma inativa.
• A transcrição ocorre quando um indutor se
liga na proteína reguladora, tornando-a
ativa.
Operon com repressão positiva
• A transcrição normalmente ocorre e teria que
ser reprimida.
• Neste caso, a proteína reguladora é produzida
na forma ativa que se liga ao DNA e estimula a
transcrição.
• A transcrição será inibida quando a substância
se ligar ao ativador tornando-o incapaz de se
ligar no DNA. Assim a transcrição não é
estimulada.
Características dos operons induzíveis e reprimíveis com controle
Positivo e negativo.
Tipo de
controle
Normalmente Tipo de
a transcrição proteína
está?
reguladora
Efeito da
proteína
reguladora
Ação do
substrato ou
do indutor
Negativo com
indução
desligada
Repressor
ativo
Inibe a
transcrição
O substrato
torna o
repressor
inativo
Negativo com
repressão
ligada
Repressor
inativo
Inibe a
transcrição
O produto
torna o
repressor
ativo
Positivo com
indução
desligada
Ativador
inativo
Estimula a
transcrição
O substrato
torna o
ativador ativo
Positivo com
repressão
ligada
Ativador ativo
Estimula a
transcrição
O produto
torna o
ativador
inativo
Operon da lactose
lac operon
Na ausência da lactose
Sistema indutível com controle negativo
Quando a Lactose está
presente
• Na presença da lactose, a proteína repressora é
alostericamente alterada. Como resultado ela
não se liga no operador. Neste caso, o mRNA é
sintetizado. As proteínas são traduzidas a partir
do mRNA policistrônico.
• O gene regulador (lacI) é constitutivo, portanto,
a proteína repressora está sempre disponível.
• Assim, a célula pode “perceber” a necessidade
para a expressão do operon lac pela presença
ou ausência do indutor.
Na presença de lactose
Repressão catabólica do
Operon lac:
Escolha do melhor açúcar a ser
metabolizado
• E.coli não irá utilizar lactose (ou outro açúcar
complexo) enquanto a glicose estiver
presente no meio.
• Quando a glicose está disponível, genes que
participam no metabolismos de outros
açúcares são reprimidos, num fenômeno
chamado REPRESSÃO CATABÓLICA.
• Assim, o operon Lac tem um nível
adicional de controle (controle positivo)
que faz com que o operon não seja
eficientemente transcrito na presença
de glicose, mesmo se a lactose também
estiver presente.
Como a expressão do lac
operon é influenciada pela
glicose?
• A repressão catabólica resulta do controle
positivo em resposta à glicose.
• Esta regulação é adicional ao controle
negativo resultante da ligação do
repressor no sítio operador do operon lac
quando a glicose está ausente.
• O controle positivo é conseguido pela ligação
de uma proteína dimérica chamada proteína
ativadora de catabólito (CAP) ao sítio
localizado dentro do promotor do operon.
• A RNA polimerase não se liga eficientemente
ao promotor a menos que o CAP esteja
ligado ao DNA.
• Antes da proteína CAP se ligar no DNA ela
deve formar um complexo com o nucleotídeo
modificado chamado adenosina-3’,5’-cíclico
monofosfato (AMP cíclico ou cAMP).
• A concentração de cAMP é inversamente
proporcional ao nível de glicose disponível.
cAMP é um sinal intra-celular
dos níveis de glicose.
• Quando os níveis de glicose estão
baixos, cAMP é sintetizado a partir de
ATP como um sinal intracelular para
regular (ativar – up-regulate) a
transcrição de operons usados para
gerar energia.
O efeito do nível de glicose na
expressão do operon lac
GLICOSE
presente
Nível
cAMP
baixo
LACTOSE
ausente
presente
baixo
presente
Ausente
alto
ausente
ausente
alto
presente
OPERON
lac
Sem
mRNA
Síntese
lenta de
mRNA
Sem
mRNA
Síntese
rápida de
mRNA
O operon do trp (triptofano) –
sistema reprimível com controle negativa
• operon trp : é composto de genes
estruturais
para cinco enzimas que
converte o precursor no aa triptofano.
• O produto das enzimas do operon se liga
ao repressor causando a ligação do
repressor ao operador.
• O próprio triptofano reprime a expressão
do operon do trp.